論鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空材料工程學(xué)院，陜西 西安 710089）

現(xiàn)如今，鈦合金材質(zhì)和技術(shù)的發(fā)展在我國已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在的研究已經(jīng)顯現(xiàn)它在有關(guān)領(lǐng)域還存在著光明的應(yīng)用前景。但由于鈦合金的熔點(diǎn)比較高、加工的難度也比較大、它的原材料的成本也比較高，它的這些個特點(diǎn)制約了它的應(yīng)用范圍。為更好的解決這個難題，世界上的許多個國家都委派相關(guān)領(lǐng)域的研究人員對其進(jìn)行研究，在研究人員的不懈努力下，針對鈦合金他們提出了一系列的較為成熟的成形工藝法，例如精密鑄造、注射成型、模鍛、增材制造、熱等靜壓粉末冶金等[1]。鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)在早期的時候，主要是用來進(jìn)行制備核燃料，工藝過程為：首先根據(jù)產(chǎn)品的外形進(jìn)行計(jì)算，然后設(shè)計(jì)出該產(chǎn)品的適合模具，隨后在里面進(jìn)行填充金屬粉末，再經(jīng)過真空的抽氣，最后進(jìn)行熱等靜壓，從而得到全致密的金屬零部件，最后使用少量的機(jī)器加工或化學(xué)腐蝕等方法，去掉它的包套，即可獲得力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)、尺寸精度的較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件。關(guān)于鈦合金粉末的熱等靜壓技術(shù)在西方國家首先發(fā)展的，西方國家的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成熟，經(jīng)過科學(xué)家許多年進(jìn)行研究，該技術(shù)取得了越來越有效的進(jìn)步，在該領(lǐng)域已經(jīng)形成了較為完整的技術(shù)體系和較為豐富多樣的工藝路線。

1 原材料粉末的選用得到提升

關(guān)于材料及工藝的研究方面，鈦合金粉末技術(shù)領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行了多年的研究。在許許多多的課題支持下，通過型號牽引，這項(xiàng)技術(shù)在技術(shù)儲備以及生產(chǎn)能力的建設(shè)，這些方面都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。對原材料進(jìn)行制備、選用、檢測、熱等靜壓這些工藝的參數(shù)優(yōu)化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件近凈成形技術(shù)等方面都做了較為整體系統(tǒng)的研究，并取得了較大的突破[2]。鈦合金粉末是工藝的基礎(chǔ)，但我國尚沒有形成比較完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為此，有關(guān)材料及工藝的研究所變開展了系統(tǒng)的粉末制備和選用的相關(guān)研究。通過研究出的工藝方法進(jìn)行對比和成形性能的驗(yàn)證，明確得出了有關(guān)鈦合金粉末的成分控制、夾雜物控制、粒徑分布等關(guān)鍵信息，掌握了影響鈦合金粉末粉體潔凈度和力度分布對材料性能的發(fā)展規(guī)律，形成了鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用于機(jī)器零件型號的研制和生產(chǎn)之中。

2 結(jié)構(gòu)件的性能得到優(yōu)化

到目前為止，關(guān)于材料及工藝的研究所都能夠?qū)崿F(xiàn)了全致密鈦合金粉末通過熱等靜壓技術(shù)下機(jī)器零部件等機(jī)器構(gòu)件的制備，能夠完成對粉末鈦合金組織和性能的優(yōu)化，使用材料的力學(xué)性能已經(jīng)全面達(dá)到鍛件水平，如下表1所示。

表1 材料的力學(xué)性能

現(xiàn)在關(guān)于研究鈦合金的部門，里面的研究人員近幾年來一直從事著關(guān)于新型鈦合金材料的研究，已經(jīng)發(fā)展出了能夠具有高損傷容限的中強(qiáng)度與高強(qiáng)度的鈦合金，如結(jié)構(gòu)鈦合金與高溫鈦合金等這些鈦合金他們的性能已經(jīng)得到了一定程度的優(yōu)化發(fā)展，他們還重點(diǎn)開展了利用計(jì)算模擬輔助的功能近凈成形下進(jìn)行加工的方法、顯微組織與性能關(guān)系的研究等。他們團(tuán)體中的人們采用預(yù)合鈦合金化粉末、熱等靜壓成形和后續(xù)熱處理工藝，成形了新的樣品，新品的結(jié)構(gòu)致密，在進(jìn)行熱處理后晶粒細(xì)小，且稀土相顆粒小而彌散。還有人研究了鈦合金粉末熱等靜壓壓坯的致密化行為及性能，結(jié)果表明在940℃、150MPa下熱等靜壓成形，能夠完全材料的消除孔隙，達(dá)到全致密的效果，且合金的晶粒比較細(xì)小均勻，沒有孔隙的缺陷。在材料形成的各個不同溫區(qū)，粉末鈦合金的強(qiáng)度和彈性模量相比起鍛造鈦合金都顯現(xiàn)得要高。當(dāng)溫度在高于500℃以后，關(guān)于材料的彈性模量的對比差距更加明顯，這也有利于保持材料在高溫區(qū)間的維持它原有形態(tài)的能力。

3 技術(shù)在多工藝中得到應(yīng)用

針對鈦合金所有零件的型號特殊結(jié)構(gòu)的需求，完成了鈦合金粉末成形過程的變形控制、芯?？焖俪ゼ夹g(shù)、產(chǎn)品批量化的生產(chǎn)等的研究，實(shí)現(xiàn)了鈦合金粉末這項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械制造型號中的較為廣泛的應(yīng)用。到目前為止，鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了舵翼骨架類、艙體類和異型結(jié)構(gòu)類這三大產(chǎn)品的應(yīng)用上去，其中的部分產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模批生產(chǎn)。該技術(shù)應(yīng)用等零部件的結(jié)構(gòu)這項(xiàng)工藝現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)制備產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品筋條部位都已經(jīng)成為凈成形，極大地提高了產(chǎn)品的原材料的利用率，在該技術(shù)的指引下，現(xiàn)在工廠已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了數(shù)千件的產(chǎn)品生產(chǎn)與制造。

鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)能夠制造具有多種較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的艙體類型零件。該技術(shù)在對于實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的整體成形有著重要的作用。鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)與傳統(tǒng)的工藝有著許多優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)成分比較穩(wěn)定，鈦合金粉末通過控制其成分和包套潔凈度，制造的構(gòu)件的化學(xué)成分可以得到很好地控制；同性的力學(xué)性能比較強(qiáng)，所制造的構(gòu)件在形成的過程中所要承受的在各向的同性氣壓作用下，在各個方向上受力都比較均勻，因而在成形后的性能也是各向同性而且均勻的；它的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較好，成形用的芯模可以采用分體式的設(shè)計(jì)，能夠滿足各類不同形狀產(chǎn)品的需求；而且它的成本較低，該工藝材料利用率和成品率都比較高，能提高效率也能大幅度地降低生產(chǎn)成本。由于鈦合金具有的以上較為良好的特點(diǎn)優(yōu)勢，鈦合金熱等靜壓技術(shù)被認(rèn)為是鈦合金的構(gòu)件成形中的最為有效的方法，這項(xiàng)技術(shù)也受到世界其他國家的研究員的關(guān)注重視，大家對其展開了大量的理論研究和讓其成形的試驗(yàn)研究，并能夠在機(jī)器的型號中得到了較為廣泛的應(yīng)用。此外，粉末冶金工藝也在各種異形、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件的制造中得到了應(yīng)用，例如各類葉輪、支架和噴管等。對于這類型的零件，該工藝能夠解決傳統(tǒng)工藝中存在的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)該產(chǎn)品的凈成形。目前，材料及其工藝研究所這些機(jī)構(gòu)中通過鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)制造出的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較完整的研究成果，形成了有關(guān)舵翼骨架類、艙體類和異型結(jié)構(gòu)類這三類的產(chǎn)品體系建設(shè)，也能夠?qū)崿F(xiàn)制造產(chǎn)品的較大規(guī)模較大批量的生產(chǎn)，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域的多個型號之中。

4 結(jié)語

綜上所述，在研究了關(guān)于鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀同時，發(fā)現(xiàn)在我國該工藝制造難度較大、使用費(fèi)用較高，但有關(guān)鈦合金制造技術(shù)在其他各國已受到部分研究人員的重視。鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)在西方國家的研究起步較早，西方國家在這一領(lǐng)域中的發(fā)展已經(jīng)有多年的研究經(jīng)驗(yàn)，在理論基礎(chǔ)和工程應(yīng)用等方面都處于世界的前列，近年來，我國的研究成果也得到了很大的發(fā)展，在多個領(lǐng)域也已經(jīng)獲得了部分突破成果，希望這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展越來越好，能夠應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。